纤维素基纳米复合材料在储能领域的应用研究进展

栾云浩 曹 慧 刘婉嫕 李宇航 王 聪 刘鹏涛

（天津科技大学天津市制浆造纸重点实验室，天津，300457）

由于现代社会的飞速发展，全球面临着日益增多的电力消耗，人们对能源需求的上涨已成为一个严重的问题。因此，研究者们对开发先进、低成本和环保型储能设备的兴趣稳定增长[1]。其中超级电容器和电池方面的电化学储能系统（例如锂（钠）离子电池和锂硫电池）在为便携式电子设备、电动汽车、混合动力汽车甚至大型储能系统提供动力方面显示出巨大的潜力[2]。除了性能和安全性增强之外，储能设备未来发展的主要挑战是降低生产和总体设备成本，实现柔性设备，并利用绿色和丰富的原材料，实现环保工艺以及开发易于回收利用的材料设备。在众多候选材料中，纤维素衍生的作为各种电化学能量存储设备的材料受到越来越多的关注[3]。

纤维素是地球上最丰富的可再生有机聚合物，其结构是由D-葡萄糖连接而成的线性天然高分子，具有优异的亲水性、生物降解性、生物相容性、易于成膜和凝胶等优点，与此同时，纤维素自身的晶体结构赋予了其优良的机械性能。随着纳米技术的发展，纤维素逐渐走向纳米领域。由纤维素制备的纳米纤维素具有比表面积大、热膨胀系数低、密度小、强度高、有利于对其进行表面改性等优点。由于纳米纤维材料优异的结构性质，人们将其应用于各个领域，例如将光学透明材料[4]用于增强聚合物纳米复合材料[5]、仿生材料生物传感器和能量收集器[6]。除此之外，纳米纤维素还有许多潜在的应用领域，例如在微流体通道中用作细胞培养基质或用于印刷电子产品的基质。目前在诸多应用中，用于储能的纳米纤维素材料的开发受到越来越多的关注。

本文简要介绍各类纳米纤维材料的制备工艺及结构差异，并将近年来的研究成果及其电化学储能设备的最新研究进展进行综合概述。

1 纳米纤维素的制备及特征

纳米纤维素是指横截面直径小于100 nm、长度几百纳米到微米级的纤维素。由于其较大的长径比，纳米纤维素具有良好的力学性能；依据其结构尺寸、制备过程及制备条件可将纳米纤维素大致分为纤维素纳米晶体（CNC）、纤维素纳米纤丝（CNF）及细菌纤维素（BC），其透射电子显微镜图如图1所示。除以上3种纳米纤维素，还可以通过其他制备方法从不同的前驱体研制出其他形状的纤维素纳米颗粒。例如，球形纤维素纳米粒子是由一系列纤维素衍生物制成的[7]，带状纤维素纳米纤维是通过静电纺丝技术从纤维素基前驱体制成的。这些纤维素纳米颗粒也同样具有开发储能设备的潜力。

图1 透射电子显微镜图Fig.1 TEM images of nanocellulose

1.1 纤维素纳米纤丝（CNF）

目前制备CNF的方法主要有机械法[8]、化学法[9]、生物法[10]。机械法主要是由高压均质机、高速搅拌机、高速研磨机等设备的离心挤压、剪切、液流碰撞、摩擦等作用，将纤维素纤维撕裂、剥离成直径为纳米尺寸范围的纳米纤维素。化学法是采用2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基（TEMPO）氧化处理纤维素，将纤维素分子C6上的羟基氧化成羧基，由于羧基官能团表面的负电荷产生排斥作用，可降低分子间氢键作用，有利于纤维分离，从而制备出高长径比的

CNF。

Chen等人[11]报道了一种通过化学提纯（去除非纤维素成分）和高速搅拌（破坏纤维结构）结合高压均质预处理（纳米纤维化）从原棉中分离出CNF的方法。制备的CNF具有10～30 nm的均匀宽度和高纵横比。因此，利用任何一种纤维含量较高的植物均可以生产具有高纵横比和网状缠结结构的CNF。

CNF具有超高的长径比和三维网状缠绕结构，有利于开发柔性基材，例如薄膜和气凝胶，其与活性材料结合后，可以开发用于柔性和高强度储能设备的电极和隔板。

1.2 纤维素纳米晶体（CNC）

纤维素遇到强酸溶液时，其无定形区优先被水解，而对酸侵蚀具有较高抵抗力的结晶区则会保持完整。因此目前CNC主要使用化学法（酸水解）生产，应用较为广泛的是硫酸水解法[12]。此外，在利用化学法制备CNC时，水解反应中硫酸浓度通常控制在65%，一方面可有效水解和形成硫酸酯，另一方面需要防止纤维素脱水碳化。使用类似的硫酸水解法获得的CNC结构取决于纤维素来源，原料源于棉花的CNC长度100～300 nm，而来自短链霉素的CNC长度则为几微米，并且具有晶须状形态。

相对于CNF的高长径比，CNC的长径比较低，由于其特殊的制备手法，CNC具有高结晶度和热稳定性，热降解温度约341℃。

具有高比表面积和高结晶度的CNC有利于与活性材料结合或转化为碳材料以开发生物质电极。CNC的特殊结构有望用于开发具有新颖结构和高性能能量存储特性的电极材料。

1.3 细菌纤维素（BC）

BC源于微生物发酵，是通过生物技术组装工艺从微生物中制备的，细菌在常见的水性营养培养基中培养，且BC作为胞外多糖在与空气的界面处排泄，产生了由相互连接的3D多孔BC网络结构组成的浓稠凝胶，制备过程中可通过改变细菌菌株的类型、培养基中的添加剂、培养的类型和条件及后处理阶段的干燥过程来控制BC网络的结构[13]。

与CNF和CNC不同，BC为宽度约100 nm，长度约100 mm的带状原纤维，不含羰基、羧基官能团，不含木质素和其他异物。BC聚合物链非常长，聚合度最高可达8000，并具有高达90%的独特结晶度。此外，BC还可被用作制备CNF和CNC的原料。

BC是具有网状缠结结构的高纯度纤维素，与可以从丰富的木质纤维素资源生产的CNF和CNC相比，BC的制备较繁琐，成本相对较高。几种纳米纤维素的制备方式、原料及特点如表1所示。

表1 纳米纤维素种类、制备方式、原料及特点Table 1 Types,preparation methods,raw materials and characteristics of nanocellulose

2 超级电容器

超级电容器又称电化学电容器，其具有高功率密度、快速的充电/放电速率、长循环寿命、制备原理简单等优势，为满足不断增长的功率需求问题提供了一种富有前景的解决方法。

超级电容器通常可分为2类：一是双电层电容器，通过在电极/电解质界面处的静电积累电荷来存储能量；二是赝电容电容器，其工作机理基于电极上的快速氧化还原反应。纳米纤维素材料可以与活性材料结合或转化为碳材料，作为组装超级电容器的电极材料。

2.1 CNF或BC制备的柔性气凝胶材料组装超级电容器

由于CNF与BC具有较高的长径比和网状缠结结构，CNF或BC可以与活性材料（例如纳米碳或导电聚合物）形成杂化物，优异的机械性能和三维网状结构可为其提供坚实的载体，从而制备用于柔性超级电容器的电极材料。通过使用不同的复合方法（例如真空过滤和冷冻干燥）将活性材料与CNF或BC混合，形成各种结构，例如纤维、薄膜、纸、气凝胶、水凝胶等。由于CNF或BC高纵横比和优异的机械强度，制备的复合材料使超级电容器具有柔性，可以在反复弯曲、折叠或压缩时存储能量，不会显着降低电化学性能。

2.1.1 与纳米碳材料杂化

CNF或BC可以作为分散剂与纳米碳材料（如碳纳米管（CNT）和石墨烯）混合形成均匀的悬浮液，以制备超级电容器。

Zhang等人[14]考察了一种简便、环保的新型多功能CNF/石墨烯气凝胶的水热处理、冷冻干燥和碳化合成方法，并探讨了它作为超级电容器、电极和吸收剂在能源和环境方面的应用。所制备出的气凝胶具有高孔隙率和相互缠绕的三维纳米结构，能有效迁移电解质离子和电子，具有优异的电化学性能。在5 mV/s的扫描速率下，比电容可达300 F/g，具有良好的电化学性能和吸附性能，有望成为一种高性能的超级电容器电极材料和吸附材料。

Gao等人[15]以CNF/多壁碳纳米管（MWCNTs）水凝胶为原料，采用超临界CO2干燥法制备了CNF/MW⁃CNTs杂化气凝胶，并以CNF/MWCNTs杂化气凝胶膜为电极材料和电荷收集器，制备了全固态柔性超级电容器。具有三维网状结构的CNF可以有效阻止MW⁃CNTs的聚集，显著提高介孔材料的利用率，因此，CNF/MWCNTs杂化气凝胶全固态柔性超级电容器具有优异的电化学性能（比电容178 F/g），其组装的柔性超级电容器也表现出良好的循环稳定性。

2.1.2 与导电高分子混合

聚吡咯（PPy）、聚苯胺（PANI）和聚噻吩（PEDOT）等导电聚合物的单体可以以原位聚合的方式形成导电聚合物，并在CNF或BC周围形成均匀层，制备具有高导电性的复合膜/纸[16]。为提高复合材料的电化学性能，需进一步要求复合材料厚度大、活性物质负载量大，这往往会牺牲电极的柔韧性。因此，改善纳米纤维素与导电聚合物之间的界面相互作用，用均匀且足够薄的导电聚合物层包裹纳米纤维素，以及减小电极厚度是制备柔性电极的关键。

Yao等人[17]以BC作为吡咯聚合的模板制成复合导电膜（BC/PPy），使其不仅具有很强的机械性能（强度162.43 MPa），且当BC与PPy的质量比为1∶1时，BC-PPy膜电导率可达3.39 S/cm，比电容191.94 F/g。该研究制备的BC/PPy复合材料在超级电容器领域有着极为广阔的发展空间，为绿色电子和能量存储设备的生物材料提供可能。

Peng等人[18]以BC膜为模板沉积PPy和NiS用作柔性超级电容器电极。结果表明，复合膜具有高导电性，导电率高达5.1 S/cm，比电容713 F/g。该研究中NiS的存在显著改善了复合材料的电容性能，符合目前便携式电子产品的要求。

陈鹏[19]通过化学法与物理法相结合，制备具有三维网状结构的CNF，并利用原位聚合法，在CNF表面由苯胺单体聚合生成PANI，该研究赋予了CNF优异的导电能力（测得复合导电材料的电导率最高可达5.04 S/cm），同时也克服了PANI自身难以成膜与不易加工的缺点。根据以上实验流程以BC为模板，通过原位聚合法或直接混合法也可以制备出高导电率、高比电容、绿色环保、机械性能良好的PANI/BC导电复合材料。

2.1.3 与纳米碳材料和导电聚合物同时复合

在CNF材料表面聚合生成导电聚合物，可以使纤维素气凝胶获得高导电性。然而单独复合导电聚合物的气凝胶往往机械稳定性较差。纳米碳材料具有很高的导电性和机械强度，但其容易团聚，阻碍了其电活性。为了避免单个组分的缺点，可以将导电聚合物、纳米碳材料同时与CNF结合，形成稳定性较高、性能优良的柔性纳米纤维素复合导电材料。

Zhang等人[20]以CA-Fe3+络合物为氧化前驱体，制备了具有良好三维多孔结构的柔性CNF/还原氧化石墨烯/聚吡咯（CNF/rGO/PPy）气凝胶电极。络合物中的Fe3+在混合液中逐渐释放导致复合材料中吡咯的原位聚合，形成的PPy较薄且均匀；用CNF/rGO/PPy气凝胶薄膜电极和聚乙烯醇（PVA）/H2SO4凝胶电解质及隔膜制备了柔性全固态超级电容器。由于电极的多孔结构、高电导率和显著的润湿性，组装的超级电容器具有优异的电化学性能，最大面电容为720 mF/cm2（单电极比电容405 F/g），在电流密度0.25 mA/cm2时具有良好的循环稳定性。该研究利用绿色/可持续材料制成的柔性超级电容器具有良好的储能性能，在便携式和可穿戴电子产品等领域引起了广泛的关注。

Yang等人[21]用原位化学聚合法在CNF/多壁碳纳米管（MWCNTs）复合薄膜表面和内部网络涂覆PANI制备了柔性可折叠超级电容器电极。该研究中利用乙醇置换法制备的CNF/MWCNTs气凝胶状薄膜具有多孔的三维网络结构，在其内部形成了更多、更均匀的PANI聚合位，该研究制备的CNF/MWCNTs/PANI电极获得了较低的电荷转移电阻（6.31Ω）和优异的比电容（249.7 F/g），该低成本、轻质、柔性的电极材料有望作为高性能柔性全固态超级电容器的潜在应用。

2.2 CNC制备的复合气凝胶材料组装超级电容器

与CNF或BC相比，CNC具有更高的比表面积，可以通过多种方式将其与活性材料混合来制备超级电容器电极材料。CNC可以通过电沉积方法与导电聚合物（例如PPy）结合。此外，高度结晶的CNC具有更高的比表面积，可与活性材料结合。在单个CNC纤维上均匀覆盖一层活性材料，可有效促进离子在充电/放电循环中的运动。不过在实际研究过程中，以CNC为基础制备的薄膜和气凝胶类材料有脆弱易碎的缺点，在弯曲或压缩时很容易断裂，这是由于CNC的长径比较低，限制了CNC的实际应用。

CNC气凝胶在制备过程中可以与各种活性纳米粒子（如PPy、PPy涂层的CNT/石墨烯等）复合，并为其提供足够的可覆盖表面积，从而促进电荷存储。具有CNC活性的纳米颗粒混合气凝胶不仅结构坚固，且在空气和水性电解质中被压缩时仍保持完整。Yang等人[22]开发了一种化学交联法生产的具有可调节机械性能和形状恢复能力的CNC气凝胶，由醛基化CNC和酰肼改性CNC通过化学交联制备。该研究所制备的CNC气凝胶是一种多功能、通用的基质，可在其上掺杂导电活性物质进而大大提升电化学性能。研究中在CNC气凝胶中原位掺入PPy、碳纳米管和二氧化锰纳米颗粒，得到了具有优异电容量、低内阻和快速充放电速率的柔性3D超级电容器器件。

3 锂离子电池

锂离子电池（LIB）因其高能量密度、高输出电压、可观的使用寿命和对环境友好的优点而成为便携式电子设备的主要电源。LIB的充放电过程基本上是通过锂离子在正极和负极材料之间的结合/分离来实现的。在充电过程中，外部电源迫使电流反向通过，使锂离子通过电解液从阴极迁移到阳极。在放电过程中，锂离子通过非水电解液流回阳极，携带电流。纳米纤维素可以与其他活性材料结合或者转化为碳材料，作为LIB的电极材料。

3.1 以CNF或BC复合材料为基础的柔性LIB

具有高长径比优势的CNF或BC可作为柔性基底和黏结剂与活性材料结合制备柔性LIB膜电极。

Wang等人[23]将纳米纤维素与碳纳米管、硅等活性材料结合，制备了柔性阳极。该工艺以纳米碳纤维、纳米硅颗粒和碳纳米管为构建单元，纳米硅颗粒分布均匀，与多孔、导电、柔性的纳米纤维素/碳纳米管的三维网络基底的黏附性强，比容量高达800 mAh/g，具有很好的循环性能。该研究证明了轻量级和高柔性的SINP/CNT/CNC纸电极可用简单的造纸方法制成，也可作为柔性电池系统的可行替代方案。其优异的电化学性能以及在工业上可持续的简便制备方法，对开发低成本、简便、可持续和轻质的柔性高能LIB阳极带来了巨大的希望。

Simon等人[24]开发了柔性单纸LIB。通过对含有负电极（由石墨、Super-P碳和CNF组成）、分离器（由CNF和SiO2组成）和正电极（由LiFePO4、Super-P碳和CNF组成）的水分散体进行顺序过滤。纸袋薄而结实，具有良好的循环性能。全纸电池的能量密度为188 mWh/g。该研究提出了一种制造柔性和高强度电池的方法，并将其集成到了单个柔性纸结构中，其中CNF既可用作电极黏结剂，又可用作隔膜材料。电池纸是通过包含电池组件的水分散体的顺序过滤的造纸型工艺制造的，由此得到的纸张结构很薄，约250µm，且具备高强度性，在浸泡在电池电解液中时，断裂强度高达5.6 MPa。该研究对开发具备高机械柔性、优异电化学性能的电池及可弯曲读取电子设备提供了技术解决思路。

3.2 纳米纤维素衍生碳材料

CNF和BC经过高温热解碳化后可以直接用作LIB的电极。这是由于碳气凝胶具有分级的微孔-中孔结构和高比表面积，可以增大电极-电解液的接触面积，降低锂离子的扩散电阻，缩短锂离子的扩散长度，提供固体电解质电子传递的连续路径。将活性材料与纳米纤维素进行有机结合，开发出碳化复合材料，可以进一步提高材料的电化学性能。

Li等人[25]通过湿法纺丝法制备了导电性良好的CNF/GO杂化纤维，并对其进行碳化。该研究中GO作为CNF碳化模板剂，在促进CNF碳化的同时，改变了碳化后的CNF从微球到片状的形态，同时，碳化CNF解决了还原氧化石墨烯（rGO）在结构中因易团聚而导致的电化学性能下降的缺陷，rGO沿纤维方向有序排列使其具有优异的导电性。所制备的纤维材料用作LIB的阳极，其稳定的放电容量为312 mAh/g。该研究所制备应用的LIB电极材料可应用于可穿戴电子产品，且这种制备导电超细纤维的方法思路与研究中采用的低成本原材料也为其他碳基导电材料的制备提供了帮助。

Park等人[26]提供了一种新的材料复合手段，首先将CNF与氧化石墨烯（GO）充分混合，之后将其与磷酸铁锂（LiFePO4，LFP）混合，制备了CNF与GO共同负载的LFP纳米复合材料。将复合材料在惰性气氛中加热，从而制备出碳化CNF和rGO共同负载的LFP纳米复合材料。该纳米复合材料作为LIB正极材料具有良好的倍率性能（0.1 C放电容量为168.9 mAh/g，60 C放电容量为90.3 mAh/g）和长期循环稳定性（500次循环后10 C放电容量约为初始容量的91.5%）。该研究中超薄碳化纤维不仅可以作为碳源，还可以作为黏合剂将LFP纳米颗粒附着在rGO薄膜上；良好的倍率和循环性能归功于LFP纳米粒子与rGO之间紧密结合的电子通道和碳化CNF三维多孔导电网络的电子传递。

碳杂化气凝胶的高比电容量和良好的循环稳定性主要是由于分散良好的活性纳米颗粒和相互连接的导电碳纳米纤维在整个电极中提供了有效的电子传导路径，许多相互连接的空隙促进了锂离子的扩散。因此纳米纤维素衍生碳材料的多种优势预示着其在LIB领域有着巨大的发展潜力。

表2 不同纳米纤维素衍生材料制备储能设备性能对比Table 2 Performance comparison of energy storage equipment prepared from differents nanocellulose-derived materials

4 锂硫电池

硫具有价格低廉，储量丰富等多种优势，使锂硫电池成为现如今一种特别有吸引力的低成本储能装置。然而Li-S电池的实际应用仍然面临着一些挑战。第一，在电化学循环过程中，硫粒子的体积变化会导致活性物质的结构变化，从而导致容量降低；第二，硫和Li2S都是绝缘的，使其电化学性能并不理想；第三，多硫化物易溶于电解液中，造成电池结构受损。

为解决上述问题，近年来人们做出了各种努力来设计和开发新型电极、分离器和电解液。基于纳米纤维素材料的内在结构和性能，人们开始利用纳米纤维素材料来制备高性能Li-S电池。纳米纤维素可与活性材料集成，制备Li-S电池混合电极。由于CNF具有高长径比、缠结网络和结构表面上高丰度的羟基，可以用于制造长寿命Li-S电池的阴极材料[27]。

为了进一步提高碳载体的电化学性能，杂原子掺杂作为一种有效修饰碳载体电化学性质的方法受到了人们的关注。N是研究最广泛的杂原子，它能提高电子导电性，对多硫化物有很强的吸附能力，具有良好的速率性能和显著的循环稳定性。Huang等人[28]将硫浸渍在N掺杂石墨烯中，作为主要活性材料，并进一步焊接在CNF/碳纳米管（CNT）框架中，两侧互连的CNF/CNT层可吸附多硫化物并提供有效的电子传输。碳质材料（石墨烯和CNT/CNF）的物理包覆和化学功能化（杂氮掺杂和羟基）对多硫化物的化学吸附的协同效应提供了良好的导电性，并且抑制了多硫化物的溶解和迁移。电极结构设计合理，比容量高，倍率性能好。

Li等人[29]利用碳化BC/二氧化钛对多硫化物的强物理和化学吸附特性，设计了一种碳化BC/二氧化钛（CBC/TiO2）改性隔膜来抑制Li-S电池的穿梭效应。改性隔板的电池在0.2 C下首次放电容量为1314 mAh/g，50次循环后放电容量保持为1048.5 mAh/g。在2 C循环250次后，Li-S电池的放电容量为475 mAh/g。在倍率测试中，Li-S电池的2 C放电容量为537.1 mAh/g。该团队采用CBC/TiO2改性隔膜的Li-S电池具有优异的电化学性能，为Li-S电池的应用提供了一条新的途径。

Wang等人[30]为了解决Li-S电池中硫的氧化还原动力学缓慢和多硫化物的“穿梭行为”问题，通过碳化BC得到具有相互紧密交错结构的碳纳米纤维，为低导电性硫阴极提供牢固的三维导电骨架基底。以极性CoS2为骨架的N掺杂碳纳米纤维骨架可以实现多硫化物的协同物理/化学吸附和有效的催化转化反应，有助于提高硫的氧化还原动力学，并且有效地抑制穿梭效应。此外，具有丰富羟基官能团的骨架对CoS2有很强的化学吸附作用，在循环过程中极大地保持了结构的稳定性。该研究制备出的高硫负载量（74.4%）的CoS2/N-CNF@S电极在100次循环后的可逆容量为497.3 mAh/g，库仑效率提高了近100%，并且具有优良的循环寿命，在0.5 C循环300次以上容量保持率达73%。该研究采用了一种简单的水热法制备了CoS2/N-CNFS@S阴极，其中CoS2纳米微粒有效地增强了氧化还原动力学，减弱了储能过程中的极化。而且N掺杂碳纳米纤维骨架具有较高的导电性和协同吸附多硫化物的能力，从而缓解了穿梭效应。该研究为将来液晶显示器的高性能阴极提供了一个可行的见解。

综上所述，纳米纤维素衍生的杂化材料和碳材料有潜力用作高性能Li-S电池的电极、隔膜和电解质。然而，如何在保持纳米纤维素及其衍生材料的柔性、高机械强度和优异的导电性的同时，在同一阴极中同时获得高含量和高负载的活性材料仍是一个挑战。因此，合理设计和优化纳米纤维素衍生杂化材料和碳材料的分层多孔结构和表面/界面性质对于构建高性能Li-S电池至关重要。

5 结语

近年来，纳米纤维素以其独特的结构、性能和可持续性等优点在电化学储能方面取得了重大进展，本文综述了这一领域近年来的最新进展，重点介绍了纳米纤维素的制备、结构和功能设计，以及纳米纤维素衍生材料在目前各大储能领域中的应用。纳米纤维素衍生材料在各种电化学储能应用中显示出优势，包括超级电容器、锂离子电池、锂硫电池等。尽管目前纳米纤维素已经被成功地开发用于构建一系列高性能储能器件的先进材料/器件，但仍有一些问题需要解决。

（1）大规模制造。虽然近10年来纳米纤维素的制备技术已日趋成熟，多家研究机构和公司已实现了纳米纤维素的大规模生产，但纳米纤维素的结构、纳米纤化程度、纳米纤维的制备方法、纳米纤维素的表面化学性质与实验室严格制备的纳米纤维素规格相比仍有很大的差别。因此，大规模生产高质量、高均匀性的纳米纤维素，尤其是高宽比和个性化的纳米纤维素，仍然是一个难题。

（2）化学修饰研究。表面改性和化学结构修饰对纳米纤维素储能材料/器件的制备和性能起着至关重要的作用。可以诱导纳米纤维素及其衍生材料产生新颖的物理化学性质和强烈的协同效应，从而提高其储能效率。因此，应进一步开发表面原子或分子工程（如杂原子掺杂、化学改性），直接利用或化学改性纳米纤维素和纳米纤维素衍生碳材料的表面结构和化学性质，通过分子工程途径，例如：与弱键（如氢键、范德华相互作用）或强键（如共价键）效应相关的物理和化学处理，将材料与其他活性材料进一步复合，使制备的储能材料导电性能和机械性能更加优异。

（3）创新挑战。由于通过不同制备方法、不同来源制备出的纳米纤维的特点与优势是截然不同，新材料的研究和制备方法将为广泛的应用开辟新的机遇。迄今为止，纳米纤维素及其衍生材料已被广泛应用于超级电容器和锂离子电池中，但在锂硫电池中的应用却鲜有报道。此外，Mg（Al、Mn）离子电池等新型储能系统的研究还很少。纳米纤维素及其衍生材料具有机械稳定性和结构、表面/界面化学可修饰性的优点，其在未来新兴储能领域中的发展必是光明的。